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Cours des réseaux Informatiques(2010-2011)

Rziza MohammedRziza Mohammed

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Fonction de La couche réseau

Le rôle principal de cette couche est de :

• Transporter des paquets de la source vers la destination via les différentes nœuds de commutation du réseaux traversés

• Trouver un chemin tout en assurant une régulation et répartition de la charge des réseaux

Ce rôle est assuré par un ensemble de fonctions :Ce rôle est assuré par un ensemble de fonctions :

• Fragmentation et réassemblage (conversion de messages en paquets)

•Adressage et routage (acheminement des paquets)

• Régulation et répartition de la charge (contrôle de flux)

• But : fournir un service de communication universel permettant à toute machine de communiquer avec toute autre machine de l’interconnexion

• Une machine doit pouvoir être identifiée par :

Le protocole IP : L’adressage Internet

– un nom,

– une adressequi doit être un identificateur universel de la machine,

– une routeprécisant comment la machine peut être atteinte.


Solution:

• adressage binaire compact assurant un routage efficace

• Utilisation de noms pour identifier des machines (réalisée à un autre niveau que les protocoles de base)

Les classes d'adressage

– Une adresse = 32 bits dite "Internet address" ou "IP address" constituée d'une paire (netid, hostid) où netid identifie un réseauet hostid identifie une machinesur ce réseau.

– Cette paire est structurée de manière à définir cinq classes d'adresse


0 Net-id0 24

Host-id8 16 31

Classe A

1 Net-id Host-idClasse B 0

Net-id Host-idClasse C

MulticastClasse D 1 01

1 01

1

Classe E 1 011 1 Réservé


Classe Plage

A 0.0.0.0 127.255.255.255

B 128.0.0.0 191.255.255.255

On dispose en théorie des plages d’adresses suivantes :

B 128.0.0.0 191.255.255.255

C 192.0.0.0 223.255.255.255

D 224.0.0.0 239.255.255.255

E 240.0.0.0 247.255.255.255


– Il existe des adressedites non routables.

– Ces adresse sont réservées à usage interne, ou dans le cas

Classe A: 126 réseauxet 16777214 machines par réseaux

Classe B: 16382 réseauxet 65534 machines par réseaux

Classe C: 2097150 réseauxet 254 machines par réseaux

– Ces adresse sont réservées à usage interne, ou dans le cas

de réseaux privées

Classe A : 10.0.0.0

Classe B : 172.16.0.0 à 172.31.0.0

Classe C : 192.168.0.0 à 192.168.255.0


• Notation décimale

utilisation de quatre entiers décimaux séparés par un point, chaqueentier représente un octet de l'adresse IP : 128.10.2.30

10000000 00001010 00000010 00011110

• Adresses particulières– Adresses réseau: adresse IP dont la partie hostidne comprend – Adresses réseau: adresse IP dont la partie hostidne comprend

que des zéros; => la valeur zéro ne peut être attribuée à une machine réelle : 172.20.0.0désigne le réseau de classe B 172.20.

– Adresse machine locale: adresse IP dont le champ réseau (netid) ne contient que des zéros;

– hostid = 0(=> tout à zéro), l'adresse est utilisée au démarragedu système afin de connaître l'adresse IP(RARP).


Détermination du netmask

– Soit le sous réseaude classe C 192.168.16.x(0<x<255).

– Nous avons donc un réseau de n=255machines,

– netmask = NON (n)= NON (0.0.0.255), soit (255.255.255.0)

– Le netmaskest donc nécessaire pour connaître le nombre de machines présente dans le sous-réseau.

– Le netmaskpermet de diviser la classe C en plusieurs sous réseaux.

Exemple:Adresse de sous réseau Netmask Nb de machines

192.168.16.0 255.255.255.128 128

192.168.16.128 255.255.255.224 64

192.168.16.192 255.255.255.224 32

192.168.16.224 255.255.255.224 32


Calcul de l’adresse de diffusion

– L’adresse de diffusion, ou adresse de broadcast, permet d’adresser toutes

les machines sur le même réseau que le votre d’une seule opération.

– Elle est calculée à partir du netmasket de l’adresse de sous-réseau.

– Si R est l’adresse de sous-reseauet N le netmaskassocié, on peut

calculer l’adresse de broadcastpar la formule suivante:

B = NON (N) OU (R)

Exemple: N = 255.255.255.128

R =192.168.16.0

B = NON (255.255.255.128) OU 192.168.16.0

= (0.0.0.127) OU 192.168.16.0

= 192.168.16.127


L’adresse de passerelle

L’adresse de passerelle indique si nécessaire à quelle machine doit-on s’adresser lorsqu’une requête n’est pas destinée à une machine de notre réseaux

Pour une classe C 192.16.168.0, l‘adresse 192.16.168.254est réservée au routeur ou passerelle.

Comment déterminer si la machine émettrice se trouve dans le mêmeréseau que la machine qu’elle souhaite contacter?

L’opération suivante est effectuée : V = IPdest ET Netmask

si V donne la même adressede sous-réseauque la machine émettrice, alors la machine de destination se trouvedans le même réseauque la machine émettrice(on a pas besoin de la passerelle).


• Adresses de diffusion: la partie hostidne contient que des 1

• En conséquence, une adresse IP dont la valeur hostidne comprend que des 1ne peut être attribuéeà une machine réelle.

• Adresse de boucle locale: l'adresse réseau 127.0.0.0est réservée pour la désignation de la machine locale, c'est à dire la communication la désignation de la machine locale, c'est à dire la communication intra-machine.

Une adresse réseau 127 ne doit, en conséquence, jamais être véhiculée sur un réseau et un routeur ne doit jamais router un datagramme pour le réseau 127.


0 24

Tout à zéro8 16 31

Host-idTout à zéro

Tout à un

désigne la machinecourante

machine Host-idsur le réseau courant

diffusion limitée surTout à un

Net-id Tout à un

127 N’importe quoi (souvent 0)

diffusion limitée surle réseau courant

diffusion dirigée surle réseau Net-id

boucle locale


Adresses et connexions

Une adresse IP => une interface physique => une connexion réseau.

A une machine, est associé un certain nombreN d'adressesIP.Si N > 0 la machine (oupasserelle) est multi-domiciliée.

193.49.60.41 193.49.60.43 193.49.60.1

192.100.1.1

192.100.1.2

192.100.1.7

La passerelle est multi-domiciliée:interface 1 : Ethernet 193.49.60.1interface 2 : Token Ring 192.100.1.1

Le sous-adressage

• Le sous-adressageest une extension du plan d’adressage initial

• Devant la croissance du nombre de réseaux de l’Internet, il a été introduit afin de limiter la consommationd’adresses IP, qui permet également de diminuer:

– la gestion administrative des adresses IP,

– la taille des tables de routage des passerelles,

– la taille des informations de routage,– la taille des informations de routage,

– le traitement effectué au niveau des passerelles.

Principes

– A l’intérieur d’une entité associée à une adresse IP de classe A, B ou C, plusieurs réseaux physiques partagent cette adresse IP.

– On dit alors que ces réseaux physiques sont des sous-réseaux (subnet) du réseau d’adresse IP.

Le sous-adressage

Les sous-réseaux 128.10.1.0et 128.10.2.0sont notés seulement avec le NetId, les machines seulement avec le Hostid ; exemple IP(F) = 128.10.2.9

Internet A CB

128.10.1

.1 .2 .3 .4

P

La passerelle Paccepte tout le trafic destiné au réseau 128.10.0.0et sélectionne le sous-réseauen fonction du troisième octetde l’adresse destination.

D FE

128.10.2

.1

.6 .2 .9

128.10.0.0

Le sous-adressage

• La passerelledoit router vers l’un ou l’autredes sous-réseaux; le

découpagedu site en sous-réseaux a été effectué sur la base du

troisième octet de l’adresse:

– les adresses des machines du premier sous-réseau sont de la

forme 128.10.1.X,

– les adresses des machines du second sous-réseau sont de la – les adresses des machines du second sous-réseau sont de la

forme 128.10.2.X.

• Pour sélectionner l’un ou l’autre des sous-réseaux, Pexamine le

troisième octet de l’adresse destination: si la valeur est 1, le

datagrammeest routé vers réseau 128.10.1.0,si la valeur est 2, il

est routé vers le réseau 128.10.2.0.

Le sous-adressage

• Conceptuellement, la partie locale dans le plan d’adressage initialest subdiviséeen “partie réseau physique” + “identification demachine(hostid) sur ce sous-réseau” :

Partie Internet Partie locale

Partie Internet Réseau physique Identifieur Machine

� «Partie Internet» correspond au NetId (plan d’adressage initial)� «Partie locale» correspond au hostid (plan d’adressage initial)� les champs «Réseau physique» et «identifieur Machine» sont de

taille variable; la longueur des 2 champs étant toujours égale à la longueur de la «Partie locale».

Le sous-adressage

• Le choix du découpage dépend des perspectives d’évolution du site:

– Exemple Classe B: 8 bitspour les parties réseau et machine donnent un potentiel de 254 sous-réseauxet 254 machinespar sous-réseau, tandis que 3 bitspour la partie réseau et 13 bitspour le champ machine permettent 6 réseaux de 8190 pour le champ machine permettent 6 réseaux de 8190 machineschacun.

– Exemple Classe C: 4 bitspour la partie réseauet 4 bitspour le champ machinepermettent 14 réseauxde 14 machineschacun.

Le protocole ARP : Address Resolution Protocol

Le besoin– La communication entre machines ne peut s'effectuer qu'à travers

l'interface physique

– Les applicatifs ne connaissent que des adresses IP, comment établir le lien adresse IP / adresse physique?

La solution : ARP– Mise en place dans TCP/IP d’un protocole de bas niveau appelé Adress

Resolution Protocol(ARP)Resolution Protocol(ARP)

– Rôle de ARP: fournir à une machine donnée l'adresse physiqued'une autre machine située sur le même réseau à partir de l'adresse IP dela machine destinatrice

La technique– Diffusion d'adresse sur le réseau physique

– La machine d'adresse IP émet un message contenant son adresse physique

– Les machines non concernées ne répondent pas

– Gestion cache pour ne pas effectuer de requête ARP à chaque émission


• L'association adresse physique - adresse IPde l'émetteur est inclue dans la requête ARPde manière à ce que les récepteurs enregistrentl'association dans leur propre mémoire cache

A YBX

• Pour connaître l'adresse physique de B, PB, à partir de son adresse IP, IB, la machine A diffuse une requête ARPqui contient l'adresse IB vers toutes les machines; la machine Brépond avec un message ARPqui contient la paire (IB, PB).


Format du message ARP

• La requête ARP est véhiculée dans un message protocolaire lui-même encapsulé dans la trame de liaison de données.

• Lorsque la trame arrive à destination, la couche liaison de • Lorsque la trame arrive à destination, la couche liaison de données détermine l'entité responsable du message encapsulé;

Exemple:champ type de la trame Ethernet: 0806 pourARP

RARP: Reverse Address Resolution Protocol

Le besoin

– L'adresse IP d'une machine est configurable (elle dépend du réseau sur lequel elle se trouve) et est souvent enregistrée sur la mémoire secondaire où le système d'exploitation l'accède au démarrage.

– Ce fonctionnement usuel n'est plus possible dans le cas où la machine est une station sans mémoire secondaire.

Problème : déterminer un mécanisme permettant à la station d'obtenir son adresse IP depuis le réseau.

La solution

– Protocole de bas niveau appelé Reverse Adress Resolution Protocol

– Permet d'obtenir son adresse IPà partir de l'adresse physique qui lui est associée.

Fonctionnement

Serveur RARPsur le réseau physique; son rôle: fournir les adresses IPassociées aux adresses physiquesdes stations du réseau;

RARP: Reverse Address Resolution Protocol

• Le serveur possède une base de données contenant les couples adresse physique/adresse IP,

• les stations émettent une requête RARPsur le réseau, consistant à demander l'adresse IP qui est associée à leur adresse physique,

• Les requêtes RARP sont propagées vers le ou les serveur(s) RARP par mécanisme de diffusion. Le(s) serveur(s) RARP réponde(nt) par un message de type RARP.

Pour connaître son adresse IP, A diffuse sur le réseau, une requête RARPqui la désigne comme destinataire

Les Serveurs RARP (B et C) répondent à la requête.

A CBX

IP : Internet Protocol (le datagramme)

Le datagramme IPL'unité de transfertde base dans un réseau Internetest le datagrammequi est constituéed'un en-tête et d'un champ de données:

0 248 16 31

Type de service Longueur totale

Identification Offset fragment

4

VERS HLEN

19

Flags

Adresse IP Source

Adresse IP Destination

Options IP (éventuellement)

Durée de vie Protocole Somme de contrôle Header

Padding

Données

. . .


Signification des champs du datagramme IP :• VERS: numéro de version de protocole IP, actuellement version 4,

• HLEN : longueur de l'en-tête en mots de 32 bits, généralement égal à 5,

• Longueur totale: longueur totale du datagramme (en-tête + données)

• Type de service: indique comment le datagramme doit être géré :

D T R

� PRECEDENCE (3 bits) : définit la priorité du datagramme.

� Bits D, T, R : indiquent le type d'acheminementdésiré du datagramme, permettant à une passerelle de choisir entre plusieurs routes(si elles existent) : D signifie délai court, T signifie débitélevé et R signifie grande fiabilité.

PrécédenceD T R Inutilisé


FRAGMENT OFFSET, FLAGS, IDENTIFICATION : les champs de la fragmentation.

– Sur toute machine ou passerellemettant en oeuvre TCP/IP, une unité maximale de transfert(Maximum Transfert Unitou MTU) définit la taille maximale d'un datagramme véhiculésur le réseau physique correspondant.

– Lorsque le datagrammeest routévers un réseau physique dont le MTU est plus petit que le MTU courant,la passerelle fragmente le datagramme en un certain nombre de fragmentsvéhiculés par autant de trames sur le un certain nombre de fragmentsvéhiculés par autant de trames sur le réseau physique correspondant.

– Lorsque le datagramme est routévers un réseau physique dont le MTU est supérieur au MTU courant, la passerelle route les fragments tels quels(rappel: les datagrammes peuvent emprunter des chemins différents).

– Le destinataire final reconstitue le datagramme initial à partir de l'ensemble des fragments reçus; la taille de ces fragments correspond au plus petit MTU empruntésur le réseau. Si un seul des fragments est perdu, le datagramme initial est considéré comme perdu: la probabilité de perte d'un datagramme augmente avec la fragmentation.


• FRAGMENT OFFSET : indique le déplacement des données contenues dans le fragment par rapport au datagramme initial. C'est un multiple de 8 octets; la taille du fragment est donc également un multiple de 8 octets.

• Chaque fragment a une structure identique à celle du datagramme initial, seul les champs FLAGS et FRAGMENT OFFSET sont spécifiques.

Taille MTU

La taille de MTU dépend de la couche liaison

• Ethernet : 1500 octets

• Anneau à jeton :– 4464 (4 Mbit/s) octets

– 17914 (16 Mbit/s) octets– 17914 (16 Mbit/s) octets

• FDDI : 4352 octets

• Frame Relay : 1600 octets

• ATM/AAL 5 : 9180 octets

• PPP : 296 - 1500 octets


• Longueur totale: taille du fragment et non pas celle du datagramme initial, à partir du dernier fragment (TOTAL LENGTH, FRAGMENT OFFSET et FLAGS) on peut déterminer la taille du datagramme initial.

• IDENTIFICATION (N° de datagramme) : entier qui identifie le datagramme initial (utilisé pour la reconstitution de datagramme à partir des fragments qui ont tous la même valeur).

• FLAGS contient un bit appelé "do not fragment" (01X)

• un autre bit appelé "More fragments" (FLAGS = 001 signifie d'autres • un autre bit appelé "More fragments" (FLAGS = 001 signifie d'autres fragments à suivre) permet au destinataire final de reconstituer le datagramme initial en identifiant les différents fragments (milieu ou fin du datagramme initial)

• les passerelles doivent accepter sans les fragmenter, les datagrammesde longueur 576 octets.


• Durée de vie

– Ce champ indique en secondes, la durée maximale de transit du datagramme sur l'internet. La machine qui émet le datagramme définit sa durée de vie.

– Les passerelles qui traitent le datagramme doivent décrémenter sa durée de vie du nombre de secondes (1 au minimum) que le datagramme a passé pendant son séjour dans la passerelle; lorsquecelle-ci expire le datagramme est détruit et un message d'erreur est celle-ci expire le datagramme est détruit et un message d'erreur est renvoyé à l'émetteur..

• Protocole

Ce champ identifie le protocole de niveau supérieurdont le message est véhiculé dans le champ données du datagramme :

– 6 : TCP,

– 17 : UDP,

– 1 : ICMP.


• Somme de contrôle de l’en-tête

– Ce champ permet de détecter les erreurs survenant dans l'en-tête du datagramme, et par conséquent l'intégrité du datagramme.

– Le total de contrôle d'IPporte sur l'en-tête du datagrammeet non sur les données véhiculées. Lors du calcul, le champ HEADER CHECKSUMest supposé contenir la valeur 0:

• xxxx xxxx xxxx xxxx (VERS, HLEN, TYPE OF SERVICE)

• xxxx xxxx xxxx xxxx (TOTAL LENGTH)• xxxx xxxx xxxx xxxx (TOTAL LENGTH)

• xxxx xxxx xxxx xxxx (ID. FLAGS, FRAGMENT OFFSET)

• xxxx xxxx xxxx xxxx (TIME TO LIVE, PROTOCOL)

• 0000 0000 0000 0000 (HEADER CHECKSUM)

• xxxx xxxx xxxx xxxx (IP SOURCE )

• xxxx xxxx xxxx xxxx (IP SOURCE)

• xxxx xxxx xxxx xxxx (IP DESTINATION)

• xxxx xxxx xxxx xxxx (IP DESTINATION)

• ... (OPTIONS éventuelles + PADDING


• OPTIONS

– Le champ OPTIONSest facultatif et de longueur variable. Les options concernent essentiellement des fonctionnalités de mise au point (enregistrement de route, horodatage, bourrage...).

– Une option est définie par un champ octet :

C Numéro d’optionclassed’option

0 1 2 3 7

� copie (C) indique que l'optiondoit être recopiéedans tous les fragments(c=1) ou bien uniquement dans le premier fragment(c=0).

� les bits classe d'option et numéro d'option indiquentle type de l'option.

� Une option particulièrede ce type est:

C Numéro d’optiond’option


– Enregistrement de route(classe = 0, option = 7) :

permet à la source de créer une liste d'adresse IP vide et de demander à chaque passerelle d'ajouter son adresse dans la liste.


– Routage strict prédéfini par l'émetteur(classe = 0, option = 9):

Prédéfini le routage qui doit être utilisé dans l'interconnexionen indiquant la suite des adresses IPdans l'option.

Le chemin spécifié ne tolère aucun autre intermédiaire; une erreur est retournée à l'émetteur si une passerelle ne peut appliquer le routage spécifié.


– Routage lâche prédéfini par l'émetteur(classe = 0, option = 3):

Cette option autorise, entre deux passages obligés, le transit par d'autres intermédiaires :


– Horodatage(classe = 2, option = 4) :

Cette option permet d'obtenir les temps de passage(timestamp) des datagrammes dans les passerelles. Exprimé en heure et date universelle.

Une liste de couples (adresse IP - horodatage) est réservée par l'émetteur; les passerelles ont à charge de remplir un champ lors du passage du datagramme.


– Les horodatages, bien qu'exprimés en temps universel, ne constituent qu'une estimation sur le temps de passagecar les horloges des machines situées sur les réseaux ne sont passynchronisées.

Routage des datagrammes

• Le routageest le processus permettant à un datagramme d’être acheminévers le destinatairelorsque celui-ci n’est pas sur le même réseau physiqueque l’émetteur.

• Le chemin parcouru est le résultat du processus de routagequi effectue les choix nécessaires afin d’acheminer le datagramme.

• Les routeurs forment une structure coopérativede telle manière qu’un datagramme transite de passerelle en passerellejusqu’à ce que l’une d’entre elles le délivre à son destinataire.

• Un routeur possèdedeux ou plusieurs connexions réseaux tandis qu’une • Un routeur possèdedeux ou plusieurs connexions réseaux tandis qu’une machine possède généralement qu’une seule connexion.

• Machines et routeursparticipent au routage:

– les machines doivent déterminer si le datagramme doit être délivré sur le réseau physique sur lequel elles sont connectées(routage direct) ou bien si le datagramme doit être acheminé vers une passerelle; dans ce cas (routage indirect), elle doit identifier la passerelle appropriée.

– les passerelles effectuent le choix de routage vers d’autres passerelles afin d’acheminer le datagramme vers sa destination finale.


• Les tables de routage IP, pour des raisons évidentes d’encombrement, renseignent seulement les adresses réseauxet non pas les adressesmachines.

• Typiquement, une table de routagecontient des couples (R, P)où R est l’adresse IPd’un réseau destinationet P est l’adresse IP de la passerelle correspondant au prochain saut dansle cheminement vers le réseau destinataire.destinataire.

• La passerelle ne connaît pas le chemin complet pour atteindre la destination.

• Pour une table de routage contenant des couples (R, P) et appartenant à la machine M, P et Msont connectéssur le même réseau physiquedont l’adresse de niveau réseau(partie Netid de l’adresse IP) est R.


FReseau 10.0.0.0

GReseau 20.0.0.0

HReseau 30.0.0.0

Reseau 40.0.0.0

20.0.0.1 40.0.0.130.0.0.5

10.0.0.1 20.0.0.2 30.0.0.1

Pour atteindre les machines du réseau

Router vers

10.0.0.0 20.0.0.0 30.0.0.0 40.0.0.0

20.0.0.1 direct direct 30.0.0.1

Table de routage de G


Route_Datagramme_IP(datagramme, table_de_routage)

• Extraire l’adresse IP destination, ID, du datagramme,

• Calculer l’adresse du réseau destination, IN.

• Si IN correspondant à une adresse de réseau directement accessible,

envoyer le datagramme vers sa destination, sur ce réseau.

• sinon si dans la table de routage, il existe une route vers ID

router le datagramme selon les informations contenues dans la table derouter le datagramme selon les informations contenues dans la table de

routage.

• sinon si IN apparaît dans la table de routage,

router le datagramme selon les informations contenues dans la table de

routage.

• sinon s’il existe une route par défaut

router le datagramme vers la passerelle par défaut.

• sinon déclarer une erreur de routage.


• Après exécution de l’algorithme de routage, IP transmet le datagrammeainsi que l’adresse IP determinée, à l’interface réseauvers lequel le datagramme doit être acheminé.

• L’interface physiquedétermine alors l’adresse physiqueassociée à l’adresse IPet achemine le datagramme sans l’avoir modifié.

• Si le datagramme est acheminé vers une autre passerelle, il est à nouveau géréde la même manière, et ainsi de suite jusqu’à sa destination finale.


• Les datagrammes entrantssont traités différemment selon qu’il sont reçus par une machine ou unepasserelle:

• Machine : le logiciel IPexamine l’adresse destination à l’intérieurdu datagramme

– si cette adresse IPest identique à celle de la machine, IP acceptele datagrammeet transmetson contenuà la couche supérieure.datagrammeet transmetson contenuà la couche supérieure.

– sinon, le datagramme est rejeté; une machine recevantun datagramme destinéà une autre machinene doit pas router le datagramme.

• Passerelle: IP détermine si le datagrammeest arrivé à destinationet dans ce cas le délivre à la couche supérieure. Si le datagrammen’a pas atteint sa destination finale, il est routé selon l’algorithme de routage précédemment décrit.

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